基于USS协议的PLC与变频器的通信设计与研究样本.doc
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1、电气工程系毕业设计论文题 目 基于USS合同PLC与变频器通信设计专业名称电气自动化技术学生姓名张松鹤指引教师朱清智毕业时间-6-22 目 录摘 要1第1章 绪 论31.1 课题研究背景31.2 课题来源和意义41.3 本文研究内容和所做工作5第2章 PLC简介62.1 PLC原理62.2 PLC特点72.3 PLC应用领域8第3章 通用变频器原理93.1 变频器工作原理93.1.1 变频器基本构造和原理93.1.2 交-直变换电路103.1.3 直-交变换电路113.1.4 能耗制动电路133.1.5 变频器控制方式143.1.6 变频器干扰问题153.2 变频器类别163.2.1 依照变频
2、环节不同分类163.2.2 依照主电路工作方式分类163.2.3 依照电压调制方式分类173.3 变频调速控制系统优势173.4 实现变频调速要解决问题183.4.1 大功率开关器件是实现变频调速必要条件203.4.2 变频变压203.5 变频调速现实意义21第4章 控制系统设计224.1 系统硬件简介224.1.1 S7-200 PLC224.1.2 TP270触摸屏234.1.3 变频器244.2 系统界面设计254.2.1 Protool组态语言264.2.3 报警画面284.2.4 I/O点画面28第5章 系统通信设计和调试295.1 通信方式选取295.2 PLC之间通讯315.2.
3、1 NETR(网络读)和NETW(网络写)指令315.2.2 通信程序设计325.3 PLC与变频器通讯345.3.1 USS合同345.3.2 USS通信数据格式和编程规定365.3.3 S7-200接受和发送指令(XTM/RCV)385.3.4 设计通信程序385.4 通信参数设立455.4.1 PPI和MPI合同455.4.2 通信参数设立465.5 系统通信495.5.1 PLC之间通信调试495.5.2 触摸屏与PLC通信调试495.5.3 PLC和变频器通信505.5.4 变频器、编码器和电动机通信测试515.5.5 调试分析51第6章 结论52致 谢53参照文献54 摘 要当前,
4、各种自动化技术手段并行发展、互相融合,为工业控制提供了各种可行技术途径。可编程序控制器技术、工业控制计算机技术、分布式控制系统、数控系统、人机界面技术以及各种嵌入式控制器系统迅速发展进一步提高了工业自动化技术发展水平。在工业自动化控制领域发展过程中,变频器使用越来越受人们关注。但是变频调速具备一定技术难度,人们需要一种慢慢理解和熟悉过程。变频器使用最重要一种特点就是节能和减少成本,许多老式耗能设备都要进行技术改造。因此变频调速技术推广有着十分重要现实意义。同步,随着PLC不断发展,使得工业自动化控制更加精确、以便、安全和可靠。把PLC和变频器结合起来一起对电机传动进行控制,实现远程监视网络控制
5、系统。在实际工程中,有公司已实现了全车间或全厂综合自动化,即将不同厂家生产可编程设备连接在单层或多层网络上,互相之间进行数据通信,实现分散控制和集中管理。因而,通信与网络已经成为控制系统不可缺少重要构成某些,也是控制系统设计和维护重点和难点之一。在小型自动化控制系统中,USS合同通信是一种很成功解决方案,能显示出具备硬件逻辑简朴、抗干扰能力强特点,可以实现车间级现场总线网络控制。本文简介了自动化控制技术综合应用,将各种通用自动化技术与实践优化结合,将SIEMENS公司S7-200 PLC和变频器应用于铜大拉机自动控制中,通过基于USS合同RS485总线进行组网,进行PLC和变频器对电机控制,其
6、中PLC和变频器之间通信设计最为核心。并且将其作了原则化设计,可以应用于各种自动化控制系统中,大大节约了项目开发时间和成本,在实际应用中获得了良好效果。核心词:自动化控制,USS合同,变频器,PLC,通信IIAbstractRecently,many ways of automation technology develop together,which provides a series oftechnology solution for Industry Controlling.The development of thetechnology of Programmable Logic C
7、ontroller,Industry Personal Computer,distribution Control System,HMI,EMCU upgrades industry automation technology. In the process of the industrial automation control development,the use of frequency onverter is gradually concerned.The use of frequency converter is difficult,we need some timeto unde
8、rstand it.The advantage of frequency converter is that it can reduce the power source andcost,many traditional equipments will be reconstructed at the technical problem.So thefrequency converter technology which is popularized has a significant social meaning.At thesame time,with the development of
9、PLC,the industry automation is become more precision、more convenience、safer and more credibility.PLC is together with transducer to control the engine,realizing the long-distance watch network control system.In the projects,the synthetical automation of the whole workshop or factory have come true n
10、 many enterprises.Some programmable equipments of different companies that linked in ingle layer or sevaral layers of network could communicate each orther,which can be controlled in distibution or in concentration.So,communication and nets have been important to controlling systems,and the difficul
11、ty and priority of the designing of automation systems.In small automation control system,communication based on USS protocal is a good.solution,which has simple hardware logic,good resistance of interferences.And in this way the field-can-controling of whole-workshop come true.This article discusse
12、d comprehensive application of automation control technology,combination of practices and many automation control technologies in common use,and that the S7-200 PLC and frequency converter of SIEMENS is applied to cupper block controling system.The PLC and frequency converter ontrol the engine,which
13、 is based on the USS consultation RS485 to make network.The design of the communication between PLC and frequency converter is the most important.The article troduces a standard design,which could be applied to a series of automation systems.It could ave the period and cost of the projects,which hav
14、e gotten accomplishtion in a degree.Key words:Automation control,USS protocol,transducer,PLC,CommunicationIII.第1章 绪论1.1 课题研究背景在工业自动化控制领域发展过程中,控制系统发展经历了模仿仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统(DCS:Distribution Control System)、现场总线控制系统(FCS:Field-bus Control System)。现场总线具备开放性、分散化和低成本三大特性。它浮现使老式自动控制系统产生了划时代变革,网络化操作系统开
15、始流行,并发挥了巨大作用。计算机及通信技术已经成为工业环境中大某些解决方案核心某些,其在控制系统中比重正在迅速增长。当前,在工业公司自动化技术应用中,自动化控制系统广义上按功能可分为三个层次,见图1.1,分别是基本自动化、过程自动化和管理自动化,核心是基本自动化和过程自动化。其中,基本自动化某些涵盖了常规意义上自动控制系统内容,过程自动化某些是基于信息化技术自动化,管理自动化则是最上层融合了控制技术、管理技术综合自动化技术。本文要阐述是电线、电缆用铜线拉拔设备自动化控制系统设计。当前电线电缆专用设备中仅有很少某些是自动化,在设备部件中,也似乎只有放线和收线装置,可使电缆收线、放线以及调换线盘实
16、现自动化。生产过程自动化一种也许是将两道工序合并在一条生产线上。较高一级自动化是自动化物流解决系统以及生产过程和生产线控制系统。物流解决系统通过自动线盘搬运和信息加工使两道或两道以上生产工序生产过程协调一致,从而得到均衡物料流动和机器高运用率。该系统涉及14个线盘搬运机器人,这些机器人在生产线(机群)、立体仓库和控制装置之间来回搬运线盘。过程控制系统由可编程序控制器和工业计算机构成,通过可编程序控制器对生产线运营进行控制;通过工业计算机跟踪生产现状,对生产和产品质量进行管理;该系统还可通过屏幕实现人机对话。采用过程控制系统可使生产线效率和产品质量达到最佳化,而不受操作者技术水平和能力影响。生产
17、线能储存大量工艺文献,以便迅速调换产品,并能持续监察和记录产品质量,对产品进行全面描述。1.2 课题来源和意义大拉机是铜加工生产中咽喉设备。十几年来国产拉丝机水平有了稳步提高,并已系列化除拉线速度尚有一定差距外,持续退火、迅速换模、双盘收线、拉丝鼓轮等离子喷涂等先进技术已得到应用。近几年来,国外拉丝机虽然没有突破性进展,最高拉线速度也已稳定,但在构造上也有某些值得借鉴改进。例如某些大拉机采用浸没式乳浊液润滑系统,提高铜线表面质量,延长鼓轮和模具寿命;改进大拉持续退火装置中导轮和退火轮布置,简化导线途径,减少操作高度,便于穿线和维护保养;主齿轮箱采用原则化模块构造,可以依照顾客订货规定组合成不同
18、拉制道数拉丝机。在拉丝机系列中,巨拉机和微细线拉丝机由于需求量小,发展缓慢,差距较大。随着计算机技术、自动控制技术和通讯技术综合发展,浮现了新型、通用自动化控制装置PLC。控制技术和变频调速技术在工业设备控制中大量推广,变频控制开始在直进式拉丝机中大量使用,系统并可借助PLC来实现拉丝速度、品种设定、过程闭环控制、定长控制等功能。在工业控制中,交流电机拖动控制越来越多地采用变频器完毕,而它也不但仅作为一种单独执行机构,而是随着其不断智能化,可以同上位计算机之间可以通过各种通信方式结合成一种有机整体。本文所作研究就是在这样背景下运用PLC和变频器对大拉机生产线实现自动化控制。大拉机工艺流程如图1
19、.1所示。1.3 本文研究内容和所做工作自动控制技术在工业领域中应用即工业控制自动化技术应用技术,对公司生产过程有明显提高作用,提高了工业生产产品质量、数量和生产设备效率,改进了劳动条件,先进控制技术手段还极大地提高了人们对社会生产预测及决策能力。自动控制技术应用系统是指可以对被控对象工作状态进行自动控制系统,它普通由控制装置和被控对象构成,如图1.3所示。其中,控制装置可由各种嵌入式微控制器、可编程控制器、工业控制计算机、分布式控制系统、回路调节器、变频器以及其她控制技术(如现场总线技术、无线通信技术等)构成;控制对象涉及各种电动机、生产单元、生产过程等;过程通道完毕控制装置与控制对象之间信
20、号(也涉及相应反馈信号某些)匹配。同步,随着计算机控制迅速地被推广和普及,相称多公司已经在大量地使用各式各样可编程设备,如工业控制计算机、PLC、变频器、机器人、数控机床、柔性制造系统等。有公司已实现了全车间或全厂综合自动化,即将不同厂家生产可编程设备连接在单层或多层网络上,互相之间进行数据通信,实现分散控制和集中管理。因而,通信与网络已经成为控制系统不可缺少重要构成某些,也是控制系统设计和维护重点和难点之一。本文通过对大拉机控制系统设计,涵盖了当前基本自动化和过程自动化中典型自动控制技术手段或装置应用,涉及可编程序控制器技术、工业控制计算机技术、变频器技术、触摸屏技术及组态软件技术。并且重点
21、对PLC和变频器通信作了很完整研究,将通信程序作了原则化设计。该设计重要是针对小型自动化控制系统所作一种控制方案,有一定合用价值,缩短了项目开发周期。设计重要思路是基于USS合同,实现SIEMENS S7-200 PLC对变频调速装置控制,上位机采用SIEMENS TP270触摸屏及Protool组态语言。在规模相对较小自动化系统中,由于USS合同是西门子公司一变频器开发通信合同,可支持变频器同PC或PLC之间建立通信连接,因而USS合同通信是一种很成功解决方案,能显示出具备硬件逻辑简朴、抗干扰能力强特点,可以实现车间级现场总线网络控制。 第2章 PLC简介2.1 PLC原理可编程逻辑控制器(
22、Programmable Logic Controller)简称为PLC,是20世纪60年代末逐渐发展起来一种以计算机技术为基本新型工业控制装置,专门为工业环境应用而设计制造计算机。近几年来,PLC技术在各种工业过程控制、生产自动线控制及各类机电一体化设备控制中得到了极为广泛应用,成为工业自动化领域中一项十分重要应用技术。PLC硬件系统由中央解决单元、存储器、输入输出电路等构成,软件系统由系统程序和顾客程序构成。由于顺序控制是PLC重要功能,因而输入端以开关量部件按钮、继电触点、限位开关等为主,输出端多为继电器、电磁阀线圈和批示灯等,其工作过程总可分为三个阶段:输入采样(解决)、程序执行和输出
23、刷新(解决)。图2.1是PLC控制系统图。PLC采用循环扫描工作方式。在输入采样阶段,PLC以扫描方式顺序读入所有输入端通断状态,并将此状态存入输入映像寄存器。在程序执行阶段,PLC按先左后右、先上后下顺序,逐条执行程序指令,从输入映像寄存器和输出映像寄存器读出关于元件通断状态,依照顾客程序进行逻辑、算术运算,再将成果存入输出映像寄存器中。在输出刷新阶段,PLC将输出映像寄存器通断状态转存到输出锁存器,向外输出控制信号,去驱动顾客输出设备。上面三个阶段工作过程称为一种扫描周期,然后PLC又重新执行上述过程,周而复始地进行。扫描周期普通为几ms到几十ms。由PLC工作过程可见,PLC执行程序时所
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